長期以來,機器人界一直希望造出通體由軟性材料構成的機器人,但開發出柔性的供能和控制元件一直是難點,例如現在很多研究人員紛紛都在開發柔性電池和電路板。
然而近,哈佛大學的研究人員采取了不同以往的方法,他們獨辟蹊徑,制造出了世界上*個*軟體的且自我驅動的機器人,就是下圖中的“小章魚”,它可以獨立運行4~8分鐘。
在8月24日的《自然》科學雜志上, 哈佛維斯生物工程研究所(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering)發表了名為《全軟體自主機器人的一體化設計與制造策略》(An integrated design and fabrication strategy for entirely soft, autonomous robots)的論文,該論文有7位共同作者,Robert Wood 和 Jennifer Lewis兩位教授是該項研究的領導人物。
之前有報道過波蘭團隊打造的軟體毛毛蟲機器人,它的材料確實全部都是軟性的,但是并不是自驅動的。“毛毛蟲 ”由液晶彈性體(LCEs)制成,LCEs隨著光發生形變而使機器人發生移動,所以如果要讓它運動,就需要人為對外界光源進行控制。
而這個全軟體的“小章魚”是自我驅動的,不需要外界給予任何控制和刺激。
從動態圖來看,這個“小章魚”似乎并不是很靈敏,緩慢的換腿動作讓它看起來有些“呆萌”,然而它真正具有里程碑意義的特點是:在沒有電池和電路板的情況下,實現自我驅動。具體而言,它不是傳統的“電動”的,而是“氣動”的。
“小章魚”依靠體內的化學反應供能,這個化學反應里,少量的過氧化氫轉變成了大量氣體,這些氣體流入“小章魚”的手臂,給手臂充氣從而引發運動。
“一直以來 ,軟體機器人的供能元件擺脫不了某些堅硬材料。過氧化氫棒的地方就是它是一個十分簡單的化學反應,這讓我們可以取代以往堅硬的供能元件。
除此之外,更令人印象深刻的是,它的整個微流體網絡都可以“自我反饋”。看下面的微流體邏輯回路動態圖:藍色和紅色線路分別控制著不同的手臂,藍色手臂充氣了之后,反饋回來,紅色手臂再自動充氣。
這是模擬了簡單的電子振蕩器(電子振蕩器是用來產生具有周期性的模擬信號的電子電路),以控制過氧化氫發生反應的時機,實現自我驅動。
另外,整個系統制造起來十分簡單,它結合了三種制造方法:軟光刻技術、塑模和3D打印。里面所需的各個部件,包括燃料庫、驅動和刺激元件等,都可以十分快速地制作出來。
集成過程的簡單性為更加復雜的設計開辟了道路。下一步,團隊希望設計出一個能爬、能游泳并與周圍環境互動的升級版“小章魚”。
這個“小章魚”或許正在開啟新一代軟體機器人的大門。
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